CN108473147B - 车辆空调装置及车辆空调装置的驱动方法 - Google Patents

Abstract

车辆空调装置包括：具有压缩机(3)及室外热交换器的制冷剂回路；室外送风机(5)；基于车内设定温度(To)与车内温度(Tr)导出压缩机(3)的压缩机运行频率的压缩机运行频率导出部(11)；以压缩机运行频率驱动压缩机(3)的压缩机用逆变器(21)；根据预先设定的对应关系导出与压缩机运行频率相对应的室外送风机(5)的送风机运行频率的室外送风机运行频率导出部(12)；以及以送风机运行频率驱动室外送风机(5)的室外送风机用逆变器(22)。室外送风机运行频率导出部(12)具有能量效率较高的节能模式及能量效率较低但噪音较小的低噪音模式，能切换为节能模式或低噪音模式。

Description

车辆空调装置及车辆空调装置的驱动方法

技术领域

本发明涉及车辆空调装置及车辆空调装置的驱动方法。

背景技术

对于铁道企业而言，面临的一个问题是抑制车辆整体的功耗。对于车辆空调装置也期望抑制功耗。

另一方面，车辆空调装置对于乘客、车站的站台上的乘客而言是一个噪音源。因此，期望在车辆停在车站的站台时降低因车辆空调装置而产生的噪音。

根据该观点提出了具备抑制噪音的功能的车辆空调装置。例如，专利文献1提出了如下车辆用空调装置：若车辆接近停车站且车辆的速度下降，则通过降低换气装置与空调装置的运行量或使它们的运行停止，从而降低车内噪音。

此外，专利文献2提出了如下空调装置的运行方法：与室内送风机的转速相对应地控制压缩机的转速，从而来抑制噪音。

专利文献3中提出了如下冷冻循环装置：关于压缩机与室外送风机的运行，具有符合节能目的与防止噪音的目的的多个模式，根据时间表从该多个模式中选择模式，以与所选择的模式相对应的频率使压缩机与室外送风机运行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005-75306号公报

专利文献2：日本专利特开平8-271067号公报

专利文献3：日本专利特开2012-247150号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所公开的车辆用空调装置中，在车站附近，换气装置与空调装置的运行量降低、或它们的运行停止，因此空调能力下降。因此，牺牲了车辆内的舒适性。此外，专利文献1所公开的车辆用空调装置中，能抑制室内噪音，但无法抑制室外噪音。因此，该车辆用空调装置并不能有助于防止对站台上的乘客等的噪音。并且，专利文献1中对于节能运行并未做考察。

专利文献2公开的运行方法将室内噪音的抑制作为课题。因此，专利文献2所公开的运行方法难以应用于室外噪音的抑制。并且，专利文献2中对于节能运行并未做考察。

专利文献3所公开的冷冻循环装置是根据时间表使压缩机与室外送风机运行的设置型装置，因此难以将该冷冻循环装置的运行方法应用于车辆用空调装置。此外，专利文献3中，对于如何控制压缩机与室外送风机以抑制车外的噪音这一点并未做考察。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于，提供一种能实现节能运行，且使车辆接近车站时的车外噪音比以往要小的车辆空调装置及车辆空调装置的驱动方法。

解决技术问题的技术方案

为了达到上述目的，本发明所涉及的车辆空调装置包括：制冷剂回路，该制冷剂回路包括对制冷剂进行压缩的压缩机以及在制冷剂与外部气体之间进行热交换的外部气体用热交换器；送风机，该送风机将外部气体送风到外部气体用热交换器；压缩机运行频率导出部，该压缩机运行频率导出部基于设定温度与车内温度导出压缩机的压缩机运行频率；压缩机驱动装置，该压缩机驱动装置以由压缩机运行频率导出部导出的压缩机运行频率来驱动压缩机；送风机运行频率导出部，该送风机运行频率导出部根据预先设定的对应关系，导出与由压缩机运行频率导出部导出的压缩机运行频率相对应的送风机的送风机运行频率；以及送风机驱动装置，该送风机驱动装置以由送风机运行频率导出部导出的送风机运行频率来驱动送风机。送风机运行频率导出部通过从至少包含第1动作模式及第2动作模式的多个模式中选择一个模式来设定对应关系。第1动作模式下，相对于压缩机运行频率的制冷剂回路的能量效率比第2动作模式要高，且与压缩机运行频率相对应的送风机运行频率比第2动作模式中所规定的与同一压缩机运行频率相对应的送风机运行频率要高。第2动作模式下，压缩机运行频率越高则送风机运行频率越高，且与压缩机运行频率相对应的送风机运行频率比第1动作模式中所规定的与同一压缩机运行频率相对应的送风机运行频率要低。

发明效果

根据上述结构，通过切换能量效率较高的第1动作模式与送风机运行频率较低的第2动作模式，从而能根据情况来切换能量效率与产生的噪音程度，并驱动车辆空调装置。因此，根据本发明，能提供一种能实现节能运行并在车辆接近车站时使车外噪音比以往要小的车辆空调装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的车辆空调装置的结构图。

图2是表示图1所示的控制装置的内部结构的框图。

图3是表示对节能模式(第1动作模式)与低噪音模式(第2动作模式)中的压缩机的运行频率与室外送风机的运行频率的对应关系进行定义的函数的图。

图4是表示压缩机的运行频率、室外送风机的运行频率、制冷能力、COP、节能模式与低噪音模式的关系的图。

图5是表示实施方式中的压缩机及室外送风机的运行控制的框图。

图6是表示图2所示的CPU的动作的流程图。

图7是表示制冷运行时，压缩机的运行频率、室外送风机的运行频率、制冷能力、COP、节能模式与第1到第n的低噪音模式的关系的图。

图8是表示利用车辆位置、手动输入等切换动作模式的选择的示例的框图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的车辆空调装置及车辆空调装置的驱动方法进行说明。

本实施方式所涉及的车辆空调装置100包括在节能模式或低噪音模式下使压缩机3与室外送风机5动作的空调系统控制部200。并且，车辆空调装置100设置于车辆的车顶或地板，调节车内的空气。以下的说明中，首先对车辆空调装置100的空调系统控制部200以外的结构及动作进行说明。接着，对空调系统控制部200的结构及动作进行说明。

如图1所示，车辆空调装置100包括：对制冷剂进行压缩的压缩机3；在外部气体与制冷剂之间进行热交换的室外热交换器4；将外部气体送风到室外热交换器4的室外送风机5；使制冷剂膨胀的膨胀阀6；在车内的空气与制冷剂之间进行热交换的室内热交换器7；以及将车内的空气送风到室内热交换器7的室内送风机8。

另外，压缩机3、室外热交换器4、膨胀阀6以及室内热交换器7通过管道以压缩机3、室外热交换器4、膨胀阀6、室内热交换器7的顺序相连接。压缩机3与室内热交换器7通过管道相连接。上述零部件形成环状的供制冷剂循环的制冷剂回路。

压缩机3由旋转式压缩机、涡旋式压缩机等构成。压缩机3具备起到驱动电动机的作用的三相电动机，能利用逆变器控制进行可变速驱动。压缩机3通过三相电动机的旋转来压缩制冷剂。此处，压缩机3的运行频率是指每单位时间(例如秒、分)的压缩次数。本说明书中，也将压缩机3的运行频率称为压缩机运行频率。

室外热交换器4由制冷剂管、将制冷剂管的热量传导到外部气体的翅片构成。并且，室外热交换器4配置于车外。室外热交换器4在制冷时使热量从制冷剂移动至外部气体，在制热时使热量从外部气体移动至制冷剂。此处，外部气体是指车外的空气、即存在于车辆的室外的空气。本说明书中，也将室外热交换器4称作外部气体用热交换器。

室外送风机5包括风扇、起到风扇的驱动电动机的作用的三相电动机。三相电动机能利用逆变器控制进行可变速的驱动。风扇因三相电动机而旋转，将外部气体送风到室外热交换器4，并将热交换后的外部气体再次释放到车外。此处，室外送风机5的运行频率是指每单位时间(例如秒、分)的风扇的转速。本说明书中，也将室外送风机5的运行频率称为送风机运行频率。室外送风机5中，因风扇的旋转而产生风噪音、旋转声音等。这些声音成为朝向车外的噪音。该声音的大小因风扇的转速的不同而变化。

在上述制冷剂回路中，膨胀阀6在高压侧的管道与低压侧的管道之间起到节流机构的作用。例如，膨胀阀6在车辆空调装置100进行制冷动作的情况下，通过调整液态的制冷剂的通过量来使制冷剂膨胀并成为低温低压的制冷剂。制冷剂在通过膨胀阀6时，一部分制冷剂发生汽化。即、膨胀阀6使制冷剂发泡。

膨胀阀6为了与车辆空调装置100的制冷能力的变化相对应，而具有可变式的节流器。制冷剂回路中，若膨胀阀6的节流较强，则制冷剂的循环量变小。此时，室内热交换器7的制冷剂蒸发，室内热交换器7的热交换量变小。即、抑制了车辆空调装置100的制冷能力。另一方面，若膨胀阀6的节流较弱，则制冷剂回路的制冷剂的循环量增加，车辆空调装置100的制冷能力增加。然而，若膨胀阀6的节流过于弱，则超过室内热交换器7的热交换能力，制冷剂以保持液态的状态从室内热交换器7流入压缩机3。该情况下，压缩机3可能因发生液体压缩而破损。因此，膨胀阀6为了保持车辆空调装置100的制冷能力并防止压缩机3的液体压缩，而具有上述可变式的节流器。由此，在利用逆变器控制对压缩机3、室外送风机5进行可变速驱动，使车辆空调装置100的制冷能力大幅度变化的情况下，能改变节流量来防止液体压缩。另外，膨胀阀6优选为能调整节流的开闭程度(也称为节流量，但以下称为开度)的电子线性膨胀阀。该情况下，优选为能通过空调系统控制部200来控制节流的开度。

室内热交换器7与室外热交换器4同样地由制冷剂管与翅片构成。并且，室内热交换器7配置于车内。室内热交换器7在制冷时使热量从车内的空气移动至制冷剂，在制热时使热量从制冷剂移动至车内空气。此处，车内是指车辆的室内。

室内送风机8与室外送风机5同样地包括风扇、三相电动机。并且，室内送风机8将车内的空气送入室内热交换器7，与通过室内热交换器7的制冷剂进行热交换，并将热交换后的空气再次释放到车内。

接着，说明车辆空调装置100的动作。车辆空调装置100通过切换未图示的四通阀来对车内的空气进行制冷或制热。在车辆空调装置100的制冷运行时，制冷剂通过四通阀在制冷剂回路中朝着压缩机3、室外热交换器4、膨胀阀6、室内热交换器7、压缩机3的顺序的方向进行循环。制冷剂被压缩机3压缩而变化为高温高压的气态，接着流入室外热交换器4。流入室外热交换器4后的制冷剂与由室外送风机5提供的外部气体进行热交换，经冷却及凝缩而成为液态的制冷剂。利用膨胀阀6使该液态的制冷剂膨胀并减压，从而变化为低温低压的制冷剂。低温低压的制冷剂流入室内热交换器7，与由室内送风机8提供的车内空气进行热交换，从而变化为低温低压的气态的制冷剂。低温低压的气态的制冷剂流入压缩机3，被压缩，并成为高温高压的气态的制冷剂。另一方面，车内空气由室内送风机8送入室内热交换器7，与低温低压的制冷剂进行热交换，成为低温的空气。该低温的空气被提供到车内，对车内的空气进行制冷。

另一方面，在车辆空调装置100的制热运行时，通过切换四通阀，使制冷剂在制冷剂回路中朝着压缩机3、室内热交换器7、膨胀阀6、室外热交换器4、压缩机3的顺序的方向进行循环。制冷剂被压缩机3压缩而变化为高温高压的气态，接着流入室内热交换器7。流入室内热交换器7后的制冷剂与车内的空气进行热交换，被冷却及凝缩。利用膨胀阀6使该制冷剂膨胀并减压。减压后的制冷剂流入室外热交换器4，在室外热交换器4中与外部气体进行热交换，成为低温低压的气态的制冷剂。低温低压的气态的制冷剂流入压缩机3，被压缩机3所压缩，并成为高温高压的气态的制冷剂。另一方面，车内空气由室内送风机8被送入室内热交换器7，与高温的制冷剂进行热交换，成为高温的空气。该高温的空气被提供到车内，对车内的空气进行制热。

另外，在车辆空调装置100的制热运行时与制冷运行时，若除开制冷剂回路内的制冷剂的流动，则为相同动作。因此，下面，在说明车辆空调装置100对车内的空气进行调节的动作时，作为该空调动作的示例，说明制冷运行时的动作。

接着，对用于实现上述动作的空调系统控制部200的结构进行说明。空调系统控制部200包括：求出压缩机3的运行频率及室外送风机5的运行频率的控制装置10；以控制装置10求得的运行频率驱动压缩机3的压缩机用逆变器21；以及以控制装置10求得的运行频率驱动室外送风机5的室外送风机用逆变器22。

控制装置10为了实现节能或低噪音，根据节能模式或低噪音模式求出压缩机3与室外送风机5各自的运行频率fc与ff。此外，各模式中，所需的车辆空调装置100的空调能力因外部气体温度、车内设定温度、乘车人数等的不同而变化，因此，控制装置10根据外部气体温度、车内设定温度等求出运行频率fc与ff。此处，在压缩机3的运行频率fc较大的情况下，在制冷剂回路中流动的制冷剂的量增加，车辆空调装置100的空调能力得到提高。此外，在室外送风机5的运行频率ff较大的情况下，室外热交换器4的热交换量增加，空调能力得到提高。控制装置10将求得的运行频率fc、ff分别通知给压缩机用逆变器21与室外送风机用逆变器22，以所需的空调能力来驱动压缩机3与室外送风机5。另外，对于控制装置10的功能的详细情况，参照图4在后文进行阐述。

此外，控制装置10决定膨胀阀6的开度，并控制膨胀阀6，使其以所决定的开度进行运行。膨胀阀6的开度例如利用以下所示的两种方法中的任意方法、或它们的组合来决定。第1种方法是，控制装置10根据压缩机3的运行频率fc来决定膨胀阀6的开度，以所决定的开度对膨胀阀6进行开闭。具体而言，控制装置10进行开闭，使得膨胀阀6的开度随着压缩机3的运行频率fc变高而变高，随着运行频率fc变低而变低。第2种方法是，控制装置10测定热交换器的入口与出口的温度，以该温度差成为适当的固定值的方式决定膨胀阀6的开度，并以所决定的开度对膨胀阀6进行开闭。该方法中所说的热交换器，在制冷时为室内热交换器7，在制热时为室外热交换器4。

如图2所示，为了实现上述功能，控制装置10包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)111、ROM(Read Only Memory：只读存储器)112、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)113、闪存114及I/O(Input/Output：输入/输出)装置115。

ROM112存储CPU111所执行的动作程序、固定数据等。动作程序的内容在后文进行阐述。

RAM113起到CPU111的主存储器、工作区域的作用。

闪存114是非易失性的存储器，存储表示压缩机运行频率fc与室外送风机运行频率ff的关系的函数F1、F2、以及用于切换节能模式与低噪音模式的车速的阈值Vth等。对于函数F1、F2，参照图3及图4在后文进行阐述。

I/O装置115在外部的装置与CPU111之间执行输入输出处理。例如，CPU111经由I/O装置115从上位装置、手动输入装置等接收车内设定温度To，从传感器接收实测的车内温度Tr及车辆速度Vr。此外，I/O装置115将压缩机运行频率fc发送至压缩机用逆变器21，将室外送风机运行频率ff发送至室外送风机用逆变器22，将指示膨胀阀6的开度的阀开度控制信号Vop发送至膨胀阀6。

CPU111将RAM113作为工作区域，执行保存于ROM112的空调程序，利用存储于闪存114的函数F1、F2及数据、经由I/O装置115接收到的数据，求出压缩机运行频率fc与室外送风机运行频率ff。CPU111经由I/O装置115将压缩机运行频率fc发送至压缩机用逆变器21，将室外送风机运行频率ff发送至室外送风机用逆变器22。此外，CPU111基于压缩机运行频率fc求出膨胀阀6的适当开度，将指示所求得的开度的阀开度控制信号Vop输出至膨胀阀6。

如图3所示，闪存114存储有表示压缩机运行频率fc与室外送风机运行频率ff之间的相关关系的节能模式用函数F1(也称为第1函数、第1关系)、低噪音模式用函数F2(也称为第2函数、第2关系)。

节能模式用函数F1对使车辆空调装置100运行时的压缩机运行频率fc与室外送风机运行频率ff之间的相关关系进行规定，以使得COP(Coefficient Of Performance：性能系数)成为最大。

低噪音模式用函数F2对使车辆空调装置100运行时的压缩机运行频率fc与室外送风机运行频率ff之间的相关关系进行规定，以抑制室外送风机5所产生的噪音，并尽可能实现节能。低噪音模式用函数F2的斜率比节能模式用函数F1的斜率要小。此外，低噪音模式用函数F2的与压缩机运行频率fc相对应的室外送风机运行频率ff比节能模式用函数F1的与压缩机运行频率fc相对应的室外送风机运行频率ff要小。即，将节能模式用函数F1的与压缩机运行频率fc相对应的室外送风机运行频率ff设为第1运行频率，将低噪音模式用函数F2的与压缩机运行频率fc相对应的室外送风机运行频率ff设为第2运行频率，在此情况下，第1运行频率＞第2运行频率。

节能模式用函数F1与低噪音模式用函数F2基于以下的考察而预先设计，并登录于闪存114。

图4所示的运行映射是表示车辆空调装置100制冷运行时压缩机3的运行频率fc、室外送风机5的运行频率ff、制冷能力及COP的关系的图。图4中，横轴表示压缩机3的运行频率fc，纵轴表示室外送风机5的运行频率ff。此外，粗线为制冷能力的等高线，细线为COP的等高线。此处，将COP设为制冷能力/(压缩机3与室外送风机5的功耗之和)。COP成为最大的压缩机3、室外送风机5的运行频率fc、ff表示压缩机3与室外送风机5以较少的功耗获得所需的制冷能力那样的能量效率较高的状态。

图4中，表示制冷能力的等高线以一根曲线示出相同数值的制冷能力。例如，以一根曲线示出30kW的制冷能力的等高线。同样地，表示COP的等高线也以一根曲线示出相同数值的COP。如图4所示，若压缩机3的运行频率fc增大，则制冷能力变高，但若室外送风机5的运行频率ff变小，则制冷能力变低。相反地，若压缩机3的运行频率fc变小，则制冷能力变低，但若室外送风机5的运行频率ff增大，则制冷能力变高。与此相对地，若压缩机3的运行频率fc或室外送风机5的运行频率ff增大，则COP变低。

图4中，在20kW的制冷能力下获得最大的COP的点是20kW的制冷能力的等高线与COP为4.0的等高线的接点A。连接上述那样的制冷能力与COP各自的曲线的接点彼此的线是COP成为最大的线。因此，在通常运行时(第1动作模式)，通过以该线上的各个运行频率的值驱动压缩机3及室外送风机5，能力图实现节能。根据上述考察，节能模式用函数F1被设定为相当于该线的函数。节能模式用函数F1对节能模式下与压缩机3的运行频率fc相对应的室外送风机5的运行频率ff进行规定。

然而，例如在车辆停止于车站中时，位于站台上的乘客可能会感觉来自室外送风机5的声音是噪音。为了降低该噪音，期望在车辆停止于车站中时，减小室外送风机5的运行频率ff。在可以通过逆变器控制来改变室外送风机5的转速的情况下，能减小该转速来降低噪音。此外，在维持制冷能力的同时降低噪音的情况下，能增大压缩机3的运行频率，以作为减小室外送风机5的运行频率的代替。

因此，将具有比图4中的上述节能模式的线的斜率要小的斜率、且通过例如COP＝4.0的曲线上室外送风机5的运行频率比上述点A要小的点B的直线状的线设为低噪音模式(第2动作模式)用的线。并且，在需要实现低噪音时，对压缩机3与室外送风机5进行控制，使得以该线上的运行频率fc、ff进行运行。低噪音模式用函数F2是相当于该线的函数。低噪音模式用函数F2对低噪音模式下与压缩机3的运行频率fc相对应的室外送风机5的运行频率ff进行规定。

若对压缩机3与室外送风机5各自的运行频率fc、ff的具体选定进行说明，则例如要求30kW的制冷能力时，在选择节能模式的情况下，压缩机3与室外送风机5以点C的运行频率fc、ff进行动作。点C的COP约为2.75。此外，在停止于车站时等选择低噪音模式的情况下，若此处也要求30kW的制冷能力，则压缩机3与室外送风机5以点D的运行频率fc、ff进行动作。此时，室外送风机5的运行频率ff比点C的情况要小，能降低室外送风机5所产生的噪音，但为了保持30kW的制冷能力，压缩机3的运行频率fc上升。

本实施方式中，通常选择节能模式，对压缩机3与室外送风机5进行控制，但在需要低噪音状态时，转换为低噪音模式。对于用来互相转换节能模式与低噪音模式的条件、选择及转换方法在后文进行阐述。

图4中，低噪音模式用的线(函数F2)的斜率越小、且与室外送风机运行频率ff相关的轴的截距越小，越能降低来自室外送风机5的噪音。然而，仅进行上述控制的话，制冷能力下降，车内的舒适性下降。另一方面，若为了不使制冷能力下降而提高压缩机3的运行频率fc，则来自压缩机3的噪音变大。此外，由于压缩机3的吐出能力变高，膨胀阀6无法使制冷剂的压力完全下降，会产生制冷剂以保持液态的状态流入压缩机3的问题。由此，低噪音模式用的线需要满足具有相反的关系的多个条件。低噪音模式用的线存在合理的线，线的斜率存在下限值。能通过数值计算、实验等获得妥当的线。根据发明人的研究，低噪音模式用的线的斜率优选为节能模式用的线(函数F1)的4/5～2/5。

通过上述的考察而设计的节能模式用函数F1与低噪音模式用函数F2是图3所示的函数。控制装置10起到应用节能模式用函数F1与低噪音模式用函数F2来驱动压缩机3及室外送风机5的作用。详细而言，控制装置10由CPU111执行存储于ROM112的空调程序，从而如图5所示起到压缩机运行频率导出部11、室外送风机运行频率导出部12、动作模式选择部13、减法器14的作用。

减法器14求出车内设定温度To与由温度传感器检测出的实测的车内温度Tr的偏差ε(＝To-Tr)，并提供给压缩机运行频率导出部11。

压缩机运行频率导出部11基于由减法器14求得的偏差ε，通过PI(比例积分)控制导出压缩机3的运行频率fc，并将导出的运行频率fc通知给压缩机用逆变器21与室外送风机运行频率导出部12。

室外送风机运行频率导出部12利用与动作模式选择部13选择的运行模式相对应的、图3所示的节能模式用函数F1或低噪音模式用函数F2，导出与压缩机运行频率fc相对应的室外送风机运行频率ff。室外送风机运行频率导出部12将导出的室外送风机运行频率ff通知给室外送风机用逆变器22。

动作模式选择部13在铁道车辆停止于车站等情况下，判别是否处于应降低对外部的噪音的状态，在判别为不处于该状态的情况下，选择节能模式，在判别为处于应降低对外部的噪音的状态的情况下，选择低噪音模式。具体而言，若由速度传感器测量到的车辆速度Vr在阈值Vth以上，则动作模式选择部13选择节能模式，若车辆速度Vr小于阈值Vth，则动作模式选择部13选择低噪音模式。并且，动作模式选择部13将所选择的运行模式通知给室外送风机运行频率导出部12。

压缩机用逆变器21对其逆变器信号的频率进行控制，使得以与由压缩机运行频率导出部11通知的压缩机运行频率fc一致的运行频率使压缩机3动作。另外，本说明书中也将压缩机用逆变器21称为压缩机驱动装置。

室外送风机用逆变器22对其逆变器信号的频率进行控制，使得以与由室外送风机运行频率导出部12通知的室外送风机运行频率ff一致的运行频率使室外送风机5动作。另外，本说明书中也将室外送风机用逆变器22称为送风机驱动装置。

接着，对具有上述结构的空调系统控制部200的空调动作进行说明。

首先，设铁道车辆处于通常的运行状态，其车辆速度Vr在阈值Vth以上。

减法器14求出车内设定温度To与反馈得到的车内温度Tr的偏差ε。

压缩机运行频率导出部11通过PI控制求出与偏差ε相对应的压缩机运行频率(操作量)fc，并将求得的压缩机运行频率fc通知给压缩机用逆变器21。此外，压缩机运行频率导出部11也将压缩机运行频率fc通知给室外送风机运行频率导出部12。

由于车辆速度Vr在阈值Vth以上，因此动作模式选择部13选择节能模式(第1动作模式)。室外送风机运行频率导出部12将通知到的压缩机运行频率fc应用于节能模式用函数F1，求出唯一确定的室外送风机运行频率ff(＝F1(fc))，并通知给室外送风机用逆变器22。

压缩机用逆变器21生成逆变器信号，并将该逆变器信号提供给压缩机3的驱动电动机，使得压缩机3以所通知的压缩机运行频率fc进行运行。同样，室外送风机用逆变器22生成逆变器信号，并将该逆变器信号提供给室外送风机5的驱动电动机，使得室外送风机5以所通知的室外送风机运行频率ff进行运行。

通过上述动作，向车内空调系统30送出冷风。

压缩机3被由压缩机用逆变器21提供的压缩机用逆变器信号所驱动，如参照图1所说明的那样，对制冷剂进行压缩并使其循环。另一方面，室外送风机5被由室外送风机用逆变器22提供的室外送风机用逆变器信号所驱动，促进室外热交换器4所进行的外部气体与制冷剂的热交换。

由此，继续执行反馈控制，使得车内温度Tr与车内设定温度To一致，偏差ε变小。

接着，设车辆接近车站，车辆速度Vr变得小于阈值Vth。

该情况下，减法器14也求出车内设定温度To与车内温度Tr的偏差ε。压缩机运行频率导出部11通过与节能模式时相同的PI控制求出与偏差ε相对应的压缩机运行频率fc。压缩机运行频率导出部11将求得的压缩机运行频率fc通知给压缩机用逆变器21与室外送风机运行频率导出部12。压缩机用逆变器21生成逆变器信号，并将该逆变器信号提供给压缩机3的驱动电动机，使得压缩机3以所通知的压缩机运行频率fc进行运行。压缩机3被提供的逆变器信号所驱动，如参照图1所说明的那样，对制冷剂进行压缩并使其循环。这些动作与节能模式下的控制实质上相同。

另一方面，由于车辆速度Vr小于阈值Vth，因此动作模式选择部13选择低噪音模式(第2动作模式)。室外送风机运行频率导出部12将通知到的压缩机运行频率fc应用于低噪音模式用函数F2，求出对应的室外送风机运行频率ff(＝F2(fc))。室外送风机运行频率导出部12将求得的室外送风机运行频率ff通知给室外送风机用逆变器22。如参照图4所说明的那样，该室外送风机运行频率ff(＝F2(fc))比节能模式下的相对于同一压缩机运行频率fc的室外送风机运行频率ff(＝F1(fc))要小。室外送风机用逆变器22生成逆变器信号，并将该逆变器信号提供给室外送风机5的驱动电动机，使得室外送风机5以所指示的室外送风机运行频率ff进行运行。室外送风机5被提供的逆变器信号所驱动，促进室外热交换器4所进行的外部气体与制冷剂的热交换。

由此，向车内空调系统30送出冷风。

低噪音模式下的室外送风机5的运行频率ff比相对于同一压缩机运行频率fc的节能模式下的室外送风机5的运行频率ff要小。因此，可抑制从室外送风机5释放到外部的噪音。

在刚从节能模式切换到低噪音模式后，室外送风机5的运行频率ff急剧下降，因此空调能力下降，通常而言，车内温度上升。然而，上升后的车内温度Tr被反馈，偏差ε变大，因此压缩机运行频率导出部11导出的压缩机运行频率fc上升。因此，空调能力提高，车内温度Tr逐渐接近车内设定温度To。

伴随着压缩机运行频率fc的上升，室外送风机运行频率ff也上升，但由于基于斜率相对较小的低噪音模式用函数F2，因此可抑制噪音的增加。在低噪音模式下，继续执行上述控制动作。

若车辆离开车站，车辆速度Vr变为阈值Vth以上，则再次开始节能模式下的动作。

若以CPU111的处理动作来表示以上的制冷动作，则成为图6的流程图所示那样。

若开始空调控制，则CPU111开始图6所示的空调控制处理，求出保存于闪存114的车内设定温度To与从传感器等经由I/O装置115提供的车内温度Tr的偏差ε(步骤S11)。

接着，CPU111根据PI控制的偏差ε与操作量即压缩机运行频率fc的关系式fc＝α∫εdt+βε+γ求出压缩机运行频率(操作量)fc(步骤S12)。另外，α、β、γ为常数。

接着，CPU111判别经由I/O装置115获取到的车辆速度Vr是否在保存于闪存114的阈值Vth以上(步骤S13)。

在Vr≥Vth的情况下，CPU111选择节能模式(步骤S13：节能模式)，将步骤S12中求得的压缩机运行频率fc应用于节能模式用函数F1，求出室外送风机运行频率ff(＝F1(fc))(步骤S14)。接着，CPU111经由I/O装置115将压缩机运行频率fc通知给压缩机用逆变器21(步骤S16)，将室外送风机运行频率ff通知给室外送风机用逆变器22(步骤S17)。

另一方面，在Vr＜Vth的情况下，CPU111选择低噪音模式(步骤S13：低噪音模式)，将步骤S13中求得的压缩机运行频率fc应用于低噪音模式用函数F2，求出室外送风机运行频率ff(＝F2(fc))(步骤S15)。接着，CPU111经由I/O装置115将压缩机运行频率fc通知给压缩机用逆变器21(步骤S16)，将室外送风机运行频率ff通知给室外送风机用逆变器22(步骤S17)。

此处，CPU111也可以求出膨胀阀6的开度，将指示所求得的开度的阀开度控制信号Vop通知给膨胀阀6。此外，也可以改变上述步骤的一部分或全部的顺序来执行。

由此，根据本实施方式，车辆空调装置100在车辆离开车站而无需抑制噪音的通常运行时，基于车内设定温度To与车内温度Tr的偏差ε来控制压缩机3的运行频率fc，将室外送风机5的运行频率ff设定为基于COP而与压缩机3的运行频率fc对应地唯一确定的运行频率ff。因此，以高效、节能的方式运行车辆空调装置100。

另一方面，在车辆停止于车站的情况等需要抑制释放到外部的噪音时，车辆空调装置100与通常时同样地控制压缩机3的运行频率fc，并且将室外送风机5的运行频率ff设定为与压缩机3的运行频率fc相对应的、比节能模式时的室外送风机运行频率要低的频率。因此，在车辆空调装置100中能抑制噪音。

以上的说明是在检测车辆速度Vr时使用速度传感器的示例，但并不限于此。车辆空调装置100可以使用加速度传感器的输出、数字ATC(自动列车控制装置(AutomaticTrain Control)、GPS(Grobal Positioning System：全球定位系统)的输出，求出车速、车辆与车站的距离，并根据求得的距离来选择模式。

上述实施方式中，设定了节能模式(第1动作模式)与一个低噪音模式(第2动作模式)，但也可以设定多个低噪音模式。例如，如图7所示，可以设定一个节能模式(第0动作模式)与n个低噪音模式(第1～第n动作模式)，动作模式选择部13根据应抑制噪音的程度来分开使用低噪音模式。图7的示例中，动作模式选择部13可以在车辆充分远离车站时，选择节能模式，在车辆逐渐接近车站时(车辆速度Vr正减速时)，依次选择第1～第(n-1)低噪音模式。该情况下，动作模式选择部13可以被控制为在停车过程中(车辆速度Vr＝0)，选择第n低噪音模式，在车辆逐渐远离车站时(车辆速度Vr正上升时)，依次选择第(n-1)～第1低噪音模式。该情况下，可以使用多个阈值Vth0～Vth(n-1)。

此外，上述实施方式中，利用车辆速度来切换动作模式，但也可以如图8所示那样，i)动作模式选择部13利用车辆的当前位置与位置-动作模式映射来判别动作模式。该情况下，动作模式选择部13预先存储路线上的各位置与该位置应选择的动作模式之间的映射，根据由GPS等位置测定装置判定得到的当前位置选择对应的动作模式即可。此外，ii)也可以由驾驶员或乘务员手动设定动作模式。iii)动作模式选择部13可以求出车辆的当前位置与车站的距离，根据距离选择动作模式。

此外，示出了控制装置10中将用于求得运行频率的函数F1与F2存储于闪存114的示例，但函数的存储方式可以是数学式的方式，也可以是表格的方式，存储方式是任意的。此外，示出了将函数F1、F2设为一次函数的示例，但也可以呈现为多次曲线函数。

此外，也可以预先存储图4所示的运行映射，根据运行映射获取运行频率。

上述实施方式中，在压缩机运行频率导出部11中使用了PI控制，但也可以使用P控制、PID控制等。

另外，上述实施方式中，空调程序可以保存并分发于软盘、CD-ROM(Compact DiscRead-Only Memory：光盘只读存储器)、DVD(Digital Versatile Disc：数字多用途盘)、MO(Magneto-Optical Disc：磁光盘)等计算机能读取的存储介质，通过将该程序安装于计算机等，来构成执行图6所示的处理的空调系统控制部200。

此外，也可以将上述程序预先保存于互联网的通信网络上的规定服务器装置所具有的盘装置上，并例如叠加于载波来进行下载。

在各OS(Operating System：操作系统)分担实现上述图6所示的处理、或通过OS与应用的协作来实现上述图6所示的处理等情况下，可以仅将OS以外的部分保存并分发于介质，也可以进行下载。

本发明在不脱离本发明的广义思想与范围的情况下，可实现各种实施方式和变形。另外，上述实施方式用于对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由实施方式来表示。并且，在权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内实施的各种变形也视为在本发明的范围内。

本申请基于2016年1月8日提出申请的日本专利申请特愿2016-002267号。本说明书中参照并引入日本专利申请特愿2016-002267号的说明书、专利权利要求书、及全部附图。

标号说明

3压缩机、4室外热交换器、5室外送风机、6膨胀阀、7室内热交换器、8室内送风机、10控制装置、11压缩机运行频率导出部、12室外送风机运行频率导出部、13动作模式选择部、14减法器、21压缩机用逆变器、22室外送风机用逆变器、30车内空调系统、100车辆空调装置、111 CPU、112 ROM、113 RAM、114闪存、115 I/O装置、200空调系统控制部

Claims (7)

1.一种车辆空调装置，其特征在于，包括：

制冷剂回路，该制冷剂回路包括对制冷剂进行压缩的压缩机以及在所述制冷剂与外部气体之间进行热交换的外部气体用热交换器；

送风机，该送风机将外部气体送风到所述外部气体用热交换器；

压缩机运行频率导出部，该压缩机运行频率导出部基于设定温度与车内温度导出所述压缩机的压缩机运行频率；

压缩机驱动装置，该压缩机驱动装置以由所述压缩机运行频率导出部导出的所述压缩机运行频率来驱动所述压缩机；

送风机运行频率导出部，该送风机运行频率导出部根据预先设定的对应关系，导出与由所述压缩机运行频率导出部导出的所述压缩机运行频率相对应的所述送风机的送风机运行频率；以及

送风机驱动装置，该送风机驱动装置以由所述送风机运行频率导出部导出的所述送风机运行频率来驱动所述送风机，

所述送风机运行频率导出部通过从至少包含第1动作模式及第2动作模式的多个模式中选择一个模式来设定所述对应关系，在所述第2动作模式下与所述压缩机运行频率对应的所述送风机运行频率的变化率要小于在所述第1动作模式下与所述压缩机运行频率对应的所述送风机运行频率的变化率，所述第1动作模式下，相对于所述压缩机运行频率的所述制冷剂回路的能量效率比所述第2动作模式要高，且与所述压缩机运行频率相对应的所述送风机运行频率比所述第2动作模式中所规定的与同一压缩机运行频率相对应的所述送风机运行频率要高，所述第2动作模式下，所述压缩机运行频率越高则所述送风机运行频率越高，且与所述压缩机运行频率相对应的所述送风机运行频率比所述第1动作模式中所规定的与同一压缩机运行频率相对应的所述送风机运行频率要低，

从所述第1动作模式切换到所述第2动作模式的情况下，所述送风机运行频率降低，所述压缩机运行频率导出部导出的所述压缩机运行频率上升以保持所述制冷剂回路的制冷能力。

2.如权利要求1所述的车辆空调装置，其特征在于，

所述送风机运行频率导出部中，

在所述第1动作模式下，以所述制冷剂回路的能量效率成为最高的组合来规定所述压缩机运行频率与所述送风机运行频率，

在所述第2动作模式下，以所述制冷剂回路的能量效率比所述第1动作模式要低的组合来规定所述压缩机运行频率与所述送风机运行频率。

3.如权利要求1或2所述的车辆空调装置，其特征在于，

所述送风机运行频率导出部中，

存储第1函数与第2函数，该第1函数规定所述第1动作模式用的、所述压缩机运行频率与所述送风机运行频率的对应关系，该第2函数规定所述第2动作模式用的、所述压缩机运行频率与所述送风机运行频率的对应关系，且与同一压缩机运行频率相对应的所述送风机运行频率比由所述第1函数所规定的所述送风机运行频率要低，

在所述第1动作模式中，将所述第1函数的所述对应关系应用于所述压缩机运行频率来导出所述送风机运行频率，

在所述第2动作模式中，将所述第2函数的所述对应关系应用于所述压缩机运行频率来导出所述送风机运行频率。

4.如权利要求1或2所述的车辆空调装置，其特征在于，

所述压缩机运行频率导出部包括：

减法器，该减法器求出所述设定温度与所述车内温度的差；以及

导出部，该导出部导出使所述减法器求得的差变小的所述压缩机运行频率。

5.如权利要求1或2所述的车辆空调装置，其特征在于，

所述压缩机驱动装置对所述压缩机进行可变速驱动，

所述送风机驱动装置对所述送风机进行可变速驱动。

6.如权利要求1或2所述的车辆空调装置，其特征在于，

在车辆的速度在阈值以上的情况下，所述送风机运行频率导出部选择所述第1动作模式，在车辆的速度小于阈值的情况下，所述送风机运行频率导出部选择所述第2动作模式。

7.一种车辆空调装置的驱动方法，该车辆空调装置包括压缩机、外部气体用热交换器及将外部气体送风到所述外部气体用热交换器的送风机，该车辆空调装置的驱动方法的特征在于，包括如下步骤：

以与负载相对应的运行频率来驱动所述压缩机的步骤；

以第1动作模式或第2动作模式来驱动所述送风机的步骤，该第1动作模式中，根据第1关系将与所述压缩机的负载相对应的压缩机运行频率转换成第1运行频率，以转换后的所述第1运行频率来驱动所述送风机，该第2动作模式中，根据第2关系将与所述压缩机的负载相对应的压缩机运行频率转换成第2运行频率，以转换后的所述第2运行频率来驱动所述送风机，该第2运行频率的能量效率比所述第1关系要低，且该第2运行频率比所述第1运行频率要低，且所述压缩机运行频率越高则该第2运行频率越高；以及

通过从所述第1动作模式切换到所述第2动作模式从而降低因所述送风机产生的噪音，通过从所述第2动作模式切换到所述第1动作模式从而提高能量效率的步骤，

在所述第2动作模式下与所述压缩机运行频率对应的送风机运行频率的变化率要小于在所述第1动作模式下与所述压缩机运行频率对应的送风机运行频率的变化率，

从所述第1动作模式切换到所述第2动作模式的情况下，所述送风机运行频率降低，而增大所述压缩机运行频率以保持制冷能力。

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